基于GIS的福州城市暴雨内涝预报预警系统研究应用

1、 提纲概要设计 o 课题任务课题任务 o 技术路线技术路线 o 空间数据收集处理空间数据收集处理 o 过程及实现过程及实现 o 工作总结工作总结 内涝课题提出 2005年年10月，福州人都记得月，福州人都记得 “龙王龙王”台风台风的肆虐，强降的肆虐，强降 水造成山洪暴发，冲击福州水造成山洪暴发，冲击福州 市区，造成福州市区市区，造成福州市区138平方平方 公里受淹，最深达公里受淹，最深达5米，米，96个个 居民小区停电，居民小区停电，81条公交线条公交线 路停运。火车站停运，铁路路停运。火车站停运，铁路 中断，高速公路被淹。中断，高速公路被淹。直接直接 经济损失经济损失达达32.78亿元。亿元

2、。 美国美国- 城市暴雨雨水管理模型城市暴雨雨水管理模型(SWMM) 日本日本 -城市水灾害系统分析模型城市水灾害系统分析模型 丹麦丹麦 -MOUSE城市管网系统的水流模拟城市管网系统的水流模拟 一、降雨，造成内涝的客一、降雨，造成内涝的客 观原因是降雨强度大，范观原因是降雨强度大，范 围集中。围集中。 二、地形地貌的改变。二、地形地貌的改变。 三、是城市排水系统和配三、是城市排水系统和配 套管网的建设管理不到位。套管网的建设管理不到位。 内涝灾害发生时内涝灾害发生时,城市交通、网络、通信、水、电、气、城市交通、网络、通信、水、电、气、 暖等生命线工程系统瘫痪暖等生命线工程系统瘫痪,社会经济活

3、动中断社会经济活动中断,其灾害损失已远其灾害损失已远 远大于因建筑物和物资破坏所引起的直接经济损失。远大于因建筑物和物资破坏所引起的直接经济损失。 居民家中遭水淹居民家中遭水淹仓库验电房仓库验电房 福州五四北内涝图福州五四北内涝图内涝导致交通堵塞内涝导致交通堵塞 提纲概要设计 o 课题任务课题任务 o 技术路线技术路线 o 空间数据收集处理空间数据收集处理 o 过程及实现过程及实现 o 工作总结工作总结 Arcview GIS(地理信息系地理信息系 统统)以数字世界表示自然界，以数字世界表示自然界， 具有完备的空间特征，可具有完备的空间特征，可 以存储和处理大量的空间以存储和处理大量的空间 数

4、据，并具有极强的空间数据，并具有极强的空间 系统综合分析能力系统综合分析能力 城市内涝模型是一城市内涝模型是一 个集城市地形模型、个集城市地形模型、 城市降雨模型、城市城市降雨模型、城市 排水模型、城市地面排水模型、城市地面 特征模型、数学计算特征模型、数学计算 模型为一体的综合模模型为一体的综合模 型型。 1）信度高。情景模拟测试的信度，比其他测评的方法更）信度高。情景模拟测试的信度，比其他测评的方法更 高，一般在高，一般在0.74到到0.95之间。之间。 2）效度高。情景模拟有较高的效度，这也是它明显优于）效度高。情景模拟有较高的效度，这也是它明显优于 其他测评方法，它的效度一般在其他测评

5、方法，它的效度一般在0.45到到0.65之间。之间。 3）预测性强）预测性强 。 提纲概要设计 o 课题任务课题任务 o 技术路线技术路线 o 数据收集处理数据收集处理 o 过程及实现过程及实现 o 工作总结工作总结 系统共收集了福州市的以下基础空间信息和与实验过程系统共收集了福州市的以下基础空间信息和与实验过程相相 关的信息：关的信息： （1）城市地理信息）城市地理信息 （2）城市内的河道地形信息）城市内的河道地形信息 （3）工程设施信息）工程设施信息 （4）城市化信息）城市化信息 （5）气象信息）气象信息 （6）城市积水信息）城市积水信息 1393 6 267376/p>

6、53 年降水年降水 量量 年平均风年平均风 速速 年平均年平均 总云量总云量 年平均年平均 相对湿相对湿 度度 年极端最年极端最 低气温低气温 年极端最年极端最 高气温高气温 年平均气年平均气 温温 年平均气年平均气 压压 年年 320256270-1728813210137 1 2 4132968703132317710111 1 1 4762867719635722110071 1 0 1450287076154396259100139 179730667720439828499618 98831677720139928999627 208926828215438726099746 193

7、7238281113375222100135 166424808054334182100504 145422808011319135100903 8662378785299110101172 480247274 5 272109101321 月降月降 水量水量 (0.1 毫米毫米) 月平均月平均 风速风速 (0.1米米 /秒秒) 月平月平 均总均总 云量云量 (0.1 成成) 月平月平 均相均相 对湿对湿 度度(百百 分率分率) 月极端最月极端最 低气温低气温 (0.1摄摄 氏度氏度) 月极端最月极端最 高气温高气温 (0.1摄氏摄氏 度度) 月平均月平均 气温气温 (0.1摄摄 氏度氏度)

8、月平均气月平均气 压压(0.1 百帕百帕) 月月 2001-2010年气象数据月均值年气象数据月均值 福州福州1997-2006年年5月份水量图月份水量图 福州福州1997-2006年年6月份水量图月份水量图 福州汛期（56月)降水图 提纲概要设计 o 课题任务课题任务 o 技术路线技术路线 o 空间数据收集处理空间数据收集处理 o 过程及实现过程及实现 o 工作总结工作总结 制定研究总思路制定研究总思路 步骤一 、完成空间数据采集的任务 空间数据采集空间数据采集的任务是将现有的的任务是将现有的 地图、外界观测成果、航空像片、地图、外界观测成果、航空像片、 遥感图像、文本资料等转换成遥感图像、

9、文本资料等转换成GISGIS 可以处理与接收的数字形式，通常可以处理与接收的数字形式，通常 要经过验证、修改、编辑等处理。要经过验证、修改、编辑等处理。 利用利用GIS作出的福州市区路网图作出的福州市区路网图 利用利用GIS作出的福州市区河流作出的福州市区河流 利用利用GIS作出的福州市区河流排涝设施分布图作出的福州市区河流排涝设施分布图 利用利用GIS做出排水主线路做出排水主线路 步骤二、完成属性数据采集的任务 步骤三、模型建立 降水量降水量-(地表排水地表排水+地下排水）地下排水）=积水积水 仿真模型的 由下式计算： 1 qR f AXY 式中q为地表径流量,AXY为面积修正值,R为网格面

10、雨量，f为径流系数。仿 真模型以地表径流量为源信息。 地表排水模型 地下排水模型 21 32 1 VR S n 式中，n为管壁粗糙率， 、R、S分别为过水断面面积、水力半径和管底 坡度。 假设管道直径为d，水深为h，水面弦长所对应的圆心角为，湿周为x， 过水断面面积、水力半径和流量采用下面的公式计算。 步骤四、实况情景模拟 可用基于Arc View GIS的 “等体积法”模拟不同重现 期的淹没深度和淹没范围从 而得到暴雨内涝灾害危险性 评价 。 福州市不同重现期的淹没高程和淹没深度和淹没面积福州市不同重现期的淹没高程和淹没深度和淹没面积 福州市不同重现期福州市不同重现期 的淹没面积计算的淹没面

11、积计算 福州市区暴雨内涝危险性分级标准福州市区暴雨内涝危险性分级标准 结合福州市暴雨内涝实地调查结果，即积水超过60 cm,将会对居民生产 生活产生重大影响,诸如较低层住房墙壁刷白、室内财产(包括床、沙发、 家电等家具)将遭到严重浸泡、汽车抛锚或立交桥下积水致使交通堵塞等, 确定了各街道淹没面积比(HI1)和各街道淹没深度超过60 cm的面积比(HI2) 作为暴雨内涝灾害危险性分级的标准 结合福州市暴雨内涝实地调查结果：结合福州市暴雨内涝实地调查结果： HI1=(FA/TA)100, 式中式中: HI1表示各街道淹没面积比表示各街道淹没面积比; FA为各街道淹没面积为各街道淹没面积; TA为各

12、街为各街 道总面积。道总面积。 HI2=(FA/TA)100, 式中式中:HI2为街道淹没深度超过为街道淹没深度超过60 cm面积比面积比;FA为各街道淹没深度为各街道淹没深度 超过超过60 cm面积面积; TA为各街道总面积。为各街道总面积。 步骤五、结果分析 初期 中期后期 黄色：00.2 橘色：0.20.6 红：0.6 提纲概要设计 o 课题任务课题任务 o 技术路线技术路线 o 空间数据收集处理空间数据收集处理 o 过程及实现过程及实现 o 工作总结工作总结 工作总结 在现有的学识基础上利用GIS的空间分析 技术和城市暴雨内涝模型，通过系统分析、 设计、实现和测试等过程，形成了一个以 GIS分析技术、数值模拟和仿真模型、为基 础的为城市雨情、汛情、涝情实时动态监 测、预警提供基础信息的初步研究，为城 市气象灾害及次生灾害的科学防范和指挥 调度提供决策依据